KR20150139673A - Method of and Apparatus for Enriching TAG Contents in Biomass with Glycerol - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for increasing lipid contents in biomass using glycerol, and an apparatus thereof. The method and apparatus select and culture microalgae having total triacylglycerol contents (TAG) of 3.0 g/L or more, and put glycerol to the cultured microalgae from the outside as a composite nutrient to induce the microalgae to grow by photosynthesis and grow by absorbing the composite nutrient. According to the present invention, if the composite nutrient is input, lipid contents of microalgae is increased 1.3 to 5.2 times more, compared with a case that the composite nutrient is not input.

Description

글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법 및 장치{Method of and Apparatus for Enriching TAG Contents in Biomass with Glycerol} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for enhancing the lipid content of biomass using glycerol,

본 발명은 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대체 에너지의 확보 수단으로 떠오르고 있는 바이오 매스를 대량으로 증식시키면서, 그와 동시에 수득된 바이오 매스에 있어서 지질성분의 함유량을 더욱 향상시킬 수 있는 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for improving the lipid content of biomass using glycerol, and more particularly, to a method for improving the lipid content of biomass using glycerol, The present invention relates to a method for improving the lipid content of biomass using glycerol and a device therefor.

오늘날 화석연료의 소진에 대한 우려와 환경오염의 방지 측면에서 기존의 석유 제품을 대체하기 위한 노력이 다각도로 진행되고 있다. Today, efforts are being made to replace conventional petroleum products in various aspects in terms of concern about exhaustion of fossil fuels and prevention of environmental pollution.

기존의 휘발유 또는 디젤을 대체할 수 있는 가장 유력한 연료로 인식되고 있는 것은 지속적으로 이용할 수 있는 재생자원인 바이오매스를 통해서 생산되는 바이오 연료들이다. 이미 브라질 등에서 이용하고 있는 바이오 에탄올, 바이오 디젤 등은 대체 연료로서 인정을 받고 있다. What is perceived as the most viable fuel to replace conventional gasoline or diesel is biofuels produced through biomass, a renewable renewable resource. Bioethanol and biodiesel, already used in Brazil and other countries, are recognized as alternative fuels.

바이오디젤(biodiesel)은 석유 기반인 경유의 대안으로 식물성 기름이나 동물성 지방과 같이 재생 가능한 자원을 바탕으로 제조된다. 바이오디젤은 지방산메틸에스테르로 구성되어 있으며 에스테르 작용기의 산소 2개를 분자내에 포함하고 있어 함산소 연료라고 할 수 있다. 이 바이오디젤과 같은 함산소 연료(Oxygenated Fuel)는 연소시 분자에 포함하고 있는 산소가 반응에 참여하면서 연소반응을 촉진하여 완전연소가 쉽고 그에 따른 배기가스 저감효과도 탁월한 장점이 있다. Biodiesel is an alternative to petroleum-based diesel oil and is based on renewable resources such as vegetable oils and animal fats. Biodiesel is composed of fatty acid methyl esters and contains two oxygen atoms in the ester functional group. Oxygenated fuel such as biodiesel is advantageous in that the oxygen contained in the molecule during combustion contributes to the combustion reaction, facilitating complete combustion and thus reducing the exhaust gas.

바이오디젤은 재생 가능한 연료로서 현재의 엔진 기름을 대체할 수 있고, 기존의 시설을 통해 운반, 판매가 가능하기 때문에, 가장 중요한 교통 에너지 자원인 화석 연료의 유력한 대안으로 꼽히고 있다. 그러나 아직까지 바이오디젤은 순수 초저유황 연료의 낮은 윤활성을 향상시키기 위해 경유와 섞어 쓰는 경우가 많다. 바이오디젤의 생산과 사용은 특히 유럽과 미국, 아시아에서 급격히 증가하고 있지만, 전체 연료 시장에서 차지하는 비율은 아직 미미하다. Biodiesel is considered a viable alternative to fossil fuels, which is the most important transportation energy resource, because it can replace current engine oil as a renewable fuel and can be transported and sold through existing facilities. However, biodiesel is still mixed with diesel to improve the low lubrication of pure ultra low sulfur fuel. The production and use of biodiesel is growing rapidly, especially in Europe, the US and Asia, but the share of the total fuel market is still insignificant.

바이오 디젤은 유채, 곡물, 팜, 옥수수 등을 이용하여 생산할 수도 있지만, 오늘날 지구상의 식량문제가 아직 해결되지 않은 상태에서, 식량자원을 바이오 매스로 생산하는 것은 자원의 효율적인 사용 측면과 더불어 윤리적인 문제에서도 자유로울 수가 없다는 한계를 가지고 있다. Biodiesel can be produced using rapeseed, grains, farms, corn, etc. However, with the food problems on the planet now unresolved, production of food resources into biomass is not only an efficient use of resources, It is impossible to be free.

이러한 관점에서 볼 때, 미세조류를 이용한 바이오 매스의 생산 및 바이오 디젤로의 전환은, 무엇보다도 인류의 식량자원을 사용하는 것이 아니어서, 윤리적인 측면에서도 문제가 전혀 없고, 또한 환경오염의 문제가 발생되지 않으므로, 가장 유력한 대체 에너지의 수단 중 하나로 떠오르고 있다. From this point of view, the production of biomass using microalgae and the conversion to biodiesel are not, above all, the use of human food resources, so there is no problem in terms of ethics, It is emerging as one of the most promising means of alternative energy.

그러나, 현재 미세조류를 이용하여 바이오 디젤을 생산하는 경우, 가장 현실적인 문제로 제기되는 것은, 첫째, 미세조류의 생산성이 낮다는 점이고, 둘째, 미세조류로부터 수득할 수 있는 지질성분의 낮은 함유량이다. However, in the case of producing biodiesel using microalgae, the most real problem is that the productivity of microalgae is low, and secondly, the low content of lipid components that can be obtained from microalgae.

현재, 미세조류를 이용한 생산성은 아직 기존 화석연료에 비해 1/5 ~ 1/10 수준에 불과하므로, 경제성 측면에서 가장 취약한 단점을 가지고 있다. 최근에는 이러한 단점을 개선하기 위하여 우수 세포주의 탐색과 동시에 생명공학 기술을 이용한 지질 고생산성 미세조류를 개발하는 연구가 진행되고 있지만, 아직까지 획기적인 연구 결과가 보고된 적이 없는 것으로 보인다. At present, the productivity using microalgae is only one fifth to one tenth of that of conventional fossil fuels, which is the weakest point in terms of economy. In recent years, in order to improve such disadvantages, research on development of lipid-high-productivity microalgae using biotechnology has been conducted along with exploration of excellent cell lines, but no remarkable research results have been reported yet.

또한, 미세조류를 이용한 바이오에너지가 기존 화석연료에 대해 경쟁력을 가지기 위해서는 미세조류의 지질 함량을 높여주는 것이 매우 중요한 것인데, 아직까지 이에 관련된 기술이 발견되지 않고 있다. 현재, 국내외에서 주요 관심사는 미세조류의 생산성 향상에 촛점이 맞추어져 있는 것이 그 이유 중의 하나인 것으로 여겨진다. In addition, it is very important to increase the lipid content of microalgae in order for bio-energy using microalgae to be competitive with existing fossil fuels, and no related technology has been found yet. At present, it is considered that one of the reasons for focusing on improving the productivity of microalgae is a major concern at home and abroad.

종래의 국내 선행기술로서는 아래와 같이 미세조류로부터 지질을 추출하여 회수하는 방법을 보여주고 있고, 미세조류의 지질 함량을 증대시켜주는 기술은 아직까지 제시되지 못하고 있는 것으로 보인다.
Conventional domestic prior art shows a method of extracting and recovering lipids from microalgae as described below, and a technique for increasing the lipid content of microalgae has not been proposed yet.

대한민국 등록특허 제10-1363723호 "미세조류로부터 지질을 추출 및 회수하는 방법" (2014. 2. 10.);Korean Patent No. 10-1363723 "Method for Extracting and Recovering Lipids from Microalgae" (Feb. 대한민국 등록특허 제10-1134294호 "미세조류로부터 오일 추출 및 바이오 디젤 전환방법" (2012. 4. 2.);Korean Patent No. 10-1134294 "Oil Extraction from Microalgae and Biodiesel Conversion Method" (Apr. 2, 2012); 대한민국 등록특허 제10-1264543호 "미세조류로부터 바이오디젤용 원료유를 추출하는 방법 및 이를 이용한 바이오디젤 생산방법" (2013. 5. 8.).Korean Patent No. 10-1264543 "Method for extracting raw material oil for biodiesel from microalgae and method for producing biodiesel using the same" (Feb.

본 발명은, 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대체 에너지의 확보 수단으로 떠오르고 있는 미세조류를 대량으로 증식시키면서, 그와 동시에 수득된 미세조류에 있어서 지질성분의 함유량을 더욱 향상시킬 수 있는 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법 및 그 증식장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.
Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to solve all the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a microalgae which is capable of increasing the content of lipid components in microalgae, The present invention also provides a method for enhancing the lipid content of biomass using glycerol and its proliferation apparatus.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 미세조류를 선정하고, 상기 선정된 미세조류를 영양배지에서 배양하여 수득하고; 상기 배양단계를 마친 미세조류를 생물반응 용기에 투입하고, 외부에서 상기 생물반응 용기에 공기를 공급하면서, 복합 영양원으로서 글리세롤을 2 g/L ~ 10 g/L 의 비율로 투입하고, 실온에서 12일 내지 20일 동안 혼련시키면서 상기 미세조류를 성장시킨 다음; 상기 성장된 미세조류를 상기 생물반응 용기에서 외부로 배출하여 바이오 매스의 원료를 수확하고; 수확된 바이오 매스 원료로부터 지질성분을 추출하는 단계;를 포함하고 있는, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing microalgae, comprising: selecting microalgae and culturing the microalgae in a nutrient medium; The microalgae after completion of the above culturing step are put into a biological reaction vessel and glycerol is added as a combined nutrient source at a rate of 2 g / L to 10 g / L while supplying air to the biological reaction vessel from the outside, Growing the microalgae while kneading for 1 to 20 days; Harvesting the raw material of the biomass by discharging the grown microalgae out of the biological reaction vessel; And extracting a lipid component from the harvested biomass raw material. The present invention also provides a method for improving the lipid content of biomass using glycerol.

본 발명은 상기 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법을 수행하기 위하여, 바이오매스 증식장치를 사용할 수 있다. 상기 바이오매스 증식장치는 상기 미세조류에 대하여 독립영양에 의한 성장 및 종속영양에 의한 성장을 동시에 수행할 수 있고, 그와 동시에 상기 미세조류의 지질 함유량을 더욱 향상시킬 수 있는 광생물반응기를 포함할 수 있다. In order to perform the method for improving the lipid content of the biomass, the biomass propagation apparatus may be used. The biomass propagation apparatus includes a photobioreactor capable of simultaneously performing independent nutrient growth and heterotrophic growth on the microalgae and further enhancing the lipid content of the microalgae .

본 발명은 상기 광생물반응기를 하나 또는 그 이상의 복수 개를 설치할 수 있고, 상기 광생물반응기를 하나의 바이오매스 증식장치에 복수 개를 설치할 경우 병렬 방식으로 설치하는 것이 바람직하다.
In the present invention, one or more of the photobioreactors may be installed, and when a plurality of the photobioreactors are installed in one biomass expansion apparatus, they are preferably installed in a parallel manner.

본 발명에 의한 방법으로 미세조류를 생산할 경우, 미세조류를 구성하는 성분 중에서 지질의 함유량을 더욱 향상시킬 수 있으므로, 동일한 양의 미세조류를 생산하는 경우에 있어서도, 바이오디젤로서 전환되어 사용될 수 있는 미세조류의 생산효율은, 본 발명에 의한 방법을 사용하지 않은 경우에 비하여, 훨씬 향상되어진 실질적인 결과를 가져오게 된다. The production of microalgae by the method according to the present invention can further improve the content of lipids among the constituents of the microalgae, so that even when producing the same amount of microalgae, The production efficiency of algae results in far more substantial results than when the method according to the invention is not used.

또한, 본 발명에 의한 방법을 이용하여 미세조류를 생산할 경우, 미세조류의 생산량은 종래의 방식에 비하여 더 증가된 결과를 가져오고 있으므로, 바이오 매스로서 활용할 수 있는 실질적인 가치는 더 크다고 할 수 있다.
In addition, when microalgae are produced using the method of the present invention, the production amount of microalgae is higher than that of the conventional method, so that the practical value that can be utilized as biomass is greater.

도 1은 본 발명에 의한 바이오 매스의 증식장치(100)에 관한 개략적인 개념도이고,
도 2는 상기 바이오 매스의 증식장치(100)에 사용되는 광생물반응기(120)에 관한 개략적인 개념도이고,
도 3은 상기 광생물반응기(120)에 사용될 수 있는 도광판(126)에 관한 개략적인 개념도이다.
도 4는 상기 바이오 매스의 증식장치(100)에 관한 변형 실시예를 나타낸 개략적인 개념도이고,
도 5는 표 2에 의한 측정값을 그래프로 나타낸 것이고,
도 6은 표 3에 의한 측정값을 그래프로 나타낸 것이다.
1 is a schematic conceptual diagram of an apparatus 100 for growing a biomass according to the present invention,
2 is a schematic conceptual diagram of a photobioreactor 120 used in the biomass propagation apparatus 100,
3 is a schematic conceptual diagram of a light guide plate 126 that can be used in the photobioreactor 120. As shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic conceptual view showing a modified embodiment of the biomass propagation apparatus 100,
FIG. 5 is a graph showing measured values according to Table 2,
FIG. 6 is a graph showing measured values according to Table 3. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술사상이 이에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형이 가능함을 미리 밝혀둔다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It is to be noted that the accompanying drawings are only for explaining the technical idea of the present invention in detail and that the technical idea of the present invention is not limited thereto and that various modifications are possible.

본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법은, 미세조류 중에서, 특정한 미세조류를 선정하고, 상기 선정된 미세조류를 영양배지에서 배양하여 수득하는 미세조류의 배양단계를 포함하고 있다. The method for improving the lipid content of biomass using glycerol according to the present invention comprises culturing microalgae obtained by selecting specific microalgae from microalgae and culturing the selected microalgae in a nutrient medium .

본 발명은 미세조류 중에서 특정한 종에 대해서만 선별적으로 구분하여 배양한다. 본 발명은 영양 배지에서 성장된 후에 미세조류의 지질함량이 3.0 g/L 이상인 상태를 가진 미세조류를 사용하는 것이 바람직하다. 영양배지에서 성장한 이후에 미세조류의 지질함량이 너무 적을 경우에는 복합 영양물질을 공급하여 성장시킨 이후에도 지질함량이 상대적으로 적어서 바이오 매스의 원료로서 사용하기에 적합하지 않기 때문이다. 상기 미세조류는 담수용 미세조류와 해수용 미세조류와 양쪽성 미세조류를 모두 포함하고 있다. In the present invention, the microalgae are cultivated by selectively sorting only specific species. The present invention preferably uses microalgae having a lipid content of at least 3.0 g / L of microalgae after being grown in a nutrient medium. If the lipid content of the microalgae after the growth in the nutrient medium is too low, the lipid content of the microalgae is relatively low even after feeding and growing the composite nutrient, which is not suitable for use as a raw material for the biomass. The microalgae include both microalgae for drinking water, microalgae for seawater and microalgae for amphibians.

본 발명은 담수용의 대표적인 바이오 매스로서 Chlorella sp.를 선정하고, 해수용의 대표적인 바이오 매스로서 Nannochloris sp.를 선정하며, 담수용 및 해수용의 양쪽성질을 갖는 대표적인 바이오 매스로서 Botryococcus braunii 를 각각 선정하는 것이 바람직하다. The present invention selects Chlorella sp. As a typical biomass of bamboo storage, selects Nannochloris sp. As a representative biomass for seawater, selects Botryococcus braunii as a representative biomass having both bamboo and sea water properties .

본 발명은 바이오 매스로서 특정한 미세조류가 선택되어지면, 선택된 미세조류를 BG-11 배지에서 배양한다. 상기 미세조류들의 배양 조건은 BG-11 배양 용액을 pH (7.2 ± 0.3)로 유지하고, 낮 (8h) 밤 (16h)의 주기로 진행하며, 배양 온도는 22℃ ± 2℃ 를 유지하고, 12일 내지 20일간 증식시키는 것이 바람직하다. When specific microalgae are selected as biomass, the selected microalgae are cultured in BG-11 medium. The culture conditions of the microalgae were maintained at a temperature of 22 ° C ± 2 ° C during the day (8h) overnight (16h), maintaining the pH of the BG-11 culture solution at 7.2 ± 0.3, To < / RTI > 20 days.

배양이 완료된 미세조류는 다음 단계로 이행되어진다.
The microalgae that have been cultivated are then transferred to the next step.

본 발명은 상기 배양단계를 마친 미세조류를 생물반응 용기에 투입하고, 외부에서 상기 생물반응 용기에 공기를 공급하면서, 영양물질로서 글리세롤을 2 g/L ~ 10 g/L 의 비율로 투입하고, 실온에서 12일 내지 20일 동안 혼련시키면서 상기 미세조류를 성장시키는 미세조류의 복합 성장단계를 포함하고 있다.
In the present invention, the microalgae after completion of the culturing step are introduced into a biological reaction vessel, and glycerol is fed as a nutrient at a rate of 2 g / L to 10 g / L while supplying air to the biological reaction vessel from the outside, And a microbial growth step of growing the microalgae while kneading at room temperature for 12 to 20 days.

상기 미세조류의 복합 성장단계는 전단계에서 배양이 완료된 미세조류를 생물반응 용기에 투입하고, 광생물반응에 의한 미세조류의 성장을 유도한다. 상기 광생물반응은 미세조류가 빛을 받아서 수용액 중에 존재하는 이산화탄소를 이용하여 광합성 작용을 수행하고 그 결과 미세조류의 세포조직을 구성하는 단백질과 지질 등의 물질을 합성하는 과정을 말한다. 상기 광생물반응은 미세조류가 균일한 광합성 작용을 수행할 수 있도록 하기 위하여, 외부에서 LED 광원에 의하여 빛을 생성하고, 생성된 빛이 상기 미세조류에 균일하게 조사될 수 있도록 하기 위하여, V-커팅된 도광판을 사용하는 것이 바람직하다. The combined micro-algae growth step is a step of introducing the microalgae, which have been cultivated in the previous step, into a biological reaction vessel and inducing the growth of microalgae by photobioreaction. The photobioreaction refers to a process in which microalgae absorb light to perform a photosynthetic action using carbon dioxide present in an aqueous solution, thereby synthesizing proteins and lipids, which constitute the cell tissue of the microalgae. In order to enable the microalgae to perform a uniform photosynthetic action, the photobioreaction generates light by an LED light source from the outside, and in order to uniformly irradiate the microalgae with the generated light, It is preferable to use a cut-out light guide plate.

상기 미세조류의 복합 성장단계는 전단계에서 배양이 완료된 미세조류를 그 배양액과 함께 공기 중의 이산화탄소를 공급하고, 그와 동시에 영양물질로서 글리세롤을 2 g/L ~ 10 g/L 의 비율로 투입한다. 상기 글리세롤은 상기 미세조류가 광합성 작용에 의한 세포 물질의 합성 이외에, 상기 미세조류가 지질 합성을 하는데 필요한 영양소를 제공하기 위하여, 상기 미세조류가 자라나고 있는 배양액 또는 그 배양액을 포함한 수용액에 투입되어진다. 상기 글리세롤을 2 g/L 이하로 투입할 경우, 최종 미세조류의 지질함량이 적어서 바람직스럽지 못하고, 상기 글리세롤을 10 g/L 이상의 비율로 투입할 경우, 투입된 량에 대한 지질함량의 증가 폭이 둔화되어지므로 역시 바람직스럽지 못하다. In the combined micro-algae growth step, micro-algae that have been cultured in the previous step are supplied with carbon dioxide in the air together with the culture solution, and at the same time, glycerol is added as a nutrient at a ratio of 2 g / L to 10 g / L. The glycerol may be added to an aqueous solution containing the culture medium in which the microalgae are grown or the culture thereof in order to provide the microalgae with nutrients necessary for lipid synthesis in addition to the synthesis of cell materials by photosynthesis. When the glycerol is fed at a rate of not less than 2 g / L, the lipid content of the final microalgae is not preferable. Therefore, when the glycerol is fed at a rate of 10 g / L or more, the increase in the lipid content with respect to the input amount is slowed Which is also undesirable.

상기 미세조류의 복합 성장단계는 위와 같은 조건을 충족시키면서 실온에서 12일 내지 20일 동안 균일하게 혼련시키고, 상기 미세조류를 성장시킨다. 상기 미세조류가 위와 같은 조건하에서 12일 이하로 성장할 경우, 미세조류에 충분한 양의 지질을 포함하고 있지 못한 반면에, 상기 미세조류가 위와 같은 조건하에서 20일 이상을 경과하여 성장할 경우, 상기 미세조류가 오히려 지질 함유량을 비례하여 증가시키지 못하는 경향을 보여주고 있다.
The micro-algae are uniformly kneaded at room temperature for 12 to 20 days while satisfying the above-mentioned conditions to grow the micro-algae. When the microalgae do not contain a sufficient amount of lipid in the microalgae when they grow to 12 days or less under the above conditions, when the microalgae grow over 20 days or more under the above conditions, Rather than increasing the lipid content proportionally.

본 발명은 상기 미세조류의 복합 성장단계를 거친 다음, 상기 미세조류를 상기 생물반응 용기에서 외부로 배출하여 바이오 매스의 원료로 수확하는 단계를 포함하고 있다. The present invention includes a step of performing a combined growth step of the microalgae, and then discharging the microalgae from the biological reaction vessel to harvest the biale as a raw material of the biomass.

상기 생물반응 용기는 미세조류를 성장시키고 성장된 미세조류를 외부로 배출할 수 있는 용기로서, 배치식으로 단속적으로 사용될 수 있고, 연속식으로 사용될 수도 있다. 상기 생물바응 용기로부터 상기 미세조류를 외부로 배출하는 방식은 통상적인 방법으로 수행될 수 있다.
The biological reaction vessel is a vessel capable of growing microalgae and discharging the microalgae to the outside, which can be used intermittently in a batch manner or continuously. The method of discharging the microalgae from the biological adaptation vessel to the outside can be carried out by a conventional method.

본 발명은 상기 생물반응 용기에서 수확한 미세조류의 바이오 매스 원료로부터 지질성분을 추출하는 단계를 포함하고 있다. The present invention includes a step of extracting a lipid component from the biomass raw material of the microalgae harvested in the biological reaction vessel.

상기 바이오 매스 원료로부터 지질성분을 추출하는 방식은 통상적인 방법으로 수행될 수 있다. 예컨대, 미세조류의 세포벽 내부의 지질을 추출하기 위하여, 미세조류를 탈수하고 건조하고 세포벽을 파쇄하는 전처리 공정을 거친 다음, 헥산 등의 유기용매로 추출하여 지질과 잔여 바이오 매스를 회수할 수 있다. 이때, 상기 미세조류의 세포벽을 파쇄하는 방법으로서는 고압처리법, 비드-비팅법, 마이크로파 처리법, 초음파 처리법, 침투압 충격법 등을 예실할 수 있다. 또한, 최근에 알려진 미세조류에 레이저를 조사하여 처리하는 방법 또는 효소를 이용하여 진행하는 방법 등을 활용할 수 있다.
The method of extracting the lipid component from the biomass raw material can be carried out by a conventional method. For example, in order to extract the lipids inside the cell wall of the microalgae, the microalgae are dehydrated, dried and the cell walls are disrupted, and then extracted with an organic solvent such as hexane to recover the lipid and residual biomass. At this time, as a method of crushing the cell wall of the microalgae, a high-pressure treatment method, a bead-beating method, a microwave treatment method, an ultrasonic treatment method, an osmotic shock method and the like can be cited. In addition, recently known microalgae can be treated by irradiation with a laser or by using an enzyme.

본 발명은 상기 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법을 수행하기 위하여, 바이오매스 증식장치(100)를 사용할 수 있다. 상기 바이오매스 증식장치(100)는 상기 미세조류에 대하여 독립영양에 의한 성장 및 종속영양에 의한 성장을 동시에 수행할 수 있도록 보조해주는 영양물질 공급조(110)와, 상기 미세조류가 상기 영양물질을 흡수하여 성장한 후 지질 함유량을 더욱 향상시킬 수 있도록 해주는 광생물반응기(120)를 포함할 수 있다. In order to perform the method for improving the lipid content of the biomass, the biomass propagation apparatus 100 may be used. The biomass propagation apparatus (100) comprises a nutrient supply tank (110) for supporting the microalgae to simultaneously perform independent nutrient growth and heterotrophic growth, And a photobioreactor 120 that can absorb and grow and further enhance the lipid content.

상기 바이오매스 증식장치(100)는 상기 광생물반응기(120)를 하나 또는 2개 이상 복수 개를 설치할 수 있고, 상기 광생물반응기(120)를 하나의 바이오매스 증식장치에 복수 개를 설치할 경우에는 병렬 방식으로 설치하는 것이 바람직하다.
In the biomass propagation apparatus 100, one or two or more photobioreactors 120 may be installed. When a plurality of the photobioreactors 120 are installed in one biomass propagation apparatus, It is preferable to install them in a parallel manner.

도 1은 본 발명에 의한 바이오 매스의 증식장치(100)에 관한 개략적인 개념도이고, 1 is a schematic conceptual diagram of an apparatus 100 for growing a biomass according to the present invention,

도 2는 상기 바이오 매스의 증식장치(100)에 사용되는 광생물반응기(120)에 관한 개략적인 개념도이고, 2 is a schematic conceptual diagram of a photobioreactor 120 used in the biomass propagation apparatus 100,

도 3은 상기 광생물반응기(120)에 사용될 수 있는 도광판(126)에 관한 개략적인 개념도이다.
3 is a schematic conceptual diagram of a light guide plate 126 that can be used in the photobioreactor 120. As shown in FIG.

본 발명은, 상기 배양단계를 마친 미세조류를 생물반응 용기에 투입하고 성장시키는 미세조류의 복합 성장단계를 효율적으로 수행하기 위하여, 바이오매스 증식장치(100)를 활용하는 것이 바람직하다. The present invention preferably utilizes the biomass propagation apparatus 100 in order to efficiently perform a combined growth step of microalgae in which the microalgae after completion of the cultivation step are introduced into a biological reaction vessel and grown.

상기 바이오매스 증식장치(100)는 전 단계에서 배양된 미세조류에 대하여 외부에서 영양물질을 공급하는 영양물질 공급조(110)와, 상기 미세조류에 대하여 공기중의 이산화탄소를 공급하는 공기 공급조(112)를 포함하고 있다. 상기 영양물질 공급조(110)는 상기 미세조류에 대하여 영양 배지와 복합 영양소로서 공급되는 글리세롤을 저장하고 있다. 상기 영양 배지는 BG-11 배지가 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 배지를 사용할 수 있다. The biomass propagation apparatus 100 includes a nutrient supply tank 110 for supplying nutrients to the microalgae cultured in the previous stage from the outside and an air supply tank for supplying carbon dioxide in the air to the microalgae 112). The nutrient supply tank 110 stores the nutrient medium and glycerol supplied as the multiple nutrients to the microalgae. The nutrient medium is preferably a BG-11 medium, but not always limited thereto, and a commonly used medium may be used.

상기 공기 공급조(112)는 상기 미세조류에 대하여 공기 중의 이산화탄소를 공급하는 것으로서, 미세조류가 빛을 받아 광합성을 하는데 필요한 영양소를 공급하게 된다. 상기 공기 공급조(112)는 각각의 미세조류에 관련된 광생물반응기(120)에 직접 결합될 수도 있고, 상기 영양물질 공급조(110)에 결합되어 상기 광생물반응기(120)에 간접 결합될 수도 있다. 상기 공기 공급조(112)를 통하여 공기를 공급할 경우, 공기 중의 CO2 가스가 상기 광생물반응기(120)의 내부 수용액에 녹아 들어가게 되고, 상기 미세조류는 CO2 가스를 이용하여, 외부에서 공급된 빛에너지를 활용하여 광합성 작용을 하게 된다. 또한, 상기 광생물반응기(120)에 공급된 공기가 버블을 일으키면서 위쪽으로 올라가게 되고, 그 과정에서 자연스럽게 상기 미세조류의 성장에 필요한 물질을 혼련시키게 되는 부수적인 효과를 갖게 된다. The air supply tank 112 supplies carbon dioxide in the air to the microalgae, and the microalgae receive light and supply the nutrients necessary for photosynthesis. The air supply vessel 112 may be directly coupled to the photobioreactor 120 associated with each microalgae and may be indirectly coupled to the bioreactor 120 by being coupled to the nutrient supply vessel 110 have. When supplying the air through the air supply reservoir 112, the CO 2 gas in the air being held dissolved therein an aqueous solution of the photobioreactor 120, the microalgae using a CO 2 gas, is supplied from the outside It uses light energy to make photosynthesis. Also, the air supplied to the photobioreactor 120 rises upward while causing bubbles, and in the course of the process, the material necessary for growing the microalgae is kneaded.

상기 바이오매스 증식장치(100)는 상기 미세조류가 광합성 작용에 의해 성장할 수 있는 동시에, 외부에서 공급되는 복합 영양물질을 흡수하여 성장할 수 있도록 해주는 광생물반응기(120)를 포함하고 있다. The biomass propagation apparatus 100 includes a photobioreactor 120 that allows the microalgae to grow by photosynthesis and allows the microalgae to grow and absorb the nutrients supplied from the outside.

상기 광생물반응기(120)는 미세조류 및 미세조류의 영양물질을 포함한 수용액을 저장하고 소정의 용기로 만들어진 몸체부(122)와, 상기 영양물질 공급조(110)와 상기 공기 공급조(112)에서 공급되는 영양물질과 공기를 상기 몸체부(122)에 공급하는 유입구(123)와, 생물학적 처리를 마친 미세조류를 외부로 배출하거나 내부의 슬러리를 외부로 배출하는 배출구(124)와, 상기 몸체부(122)의 상부에 위치하고 있고 외부의 전원에 의해 빛을 발생시키는 광원부(125)와, 상기 광원부(125)에 의해 발생된 빛을 상기 몸체부(122)의 내부에 균일하게 발산시키는 도광판(126)을 포함하고 있다. The photobioreactor 120 includes a body 122 that stores an aqueous solution containing nutrients of microalgae and microalgae and is made of a predetermined container, An inlet 123 for supplying the nutrient material and air supplied to the body 122 to the body 122, an outlet 124 for discharging the microalgae after the biological treatment to the outside or discharging the slurry to the outside, A light source unit 125 disposed above the light source unit 125 and generating light by an external power source and a light guide plate 125 for uniformly emitting light generated by the light source unit 125 to the inside of the body unit 122 126).

상기 광생물반응기(120)에는 상기 미세조류의 성장촉진 및 지질함량 향상을 위하여 복합 영양물질로서 글리세롤을 공급한다. 상기 글리세롤의 공급량은 2 g/L ~ 10 g/L 의 비율로 투입하는 것이 바람직하다. 상기 글리세롤의 공급량을 2 g/L 이하로 투입할 경우, 미세조류의 성장속도 및 미세조류의 지질함량이 적어지게 되고, 상기 글리세롤의 공급량을 10 g/L 이상으로 투입할 경우에는 미세조류의 성장속도가 상승되는 측면이 있으나, 투입량에 비하여 크게 변화되지 않으므로 바람직스럽지 못하다. 상기 글리세롤은 상기 영양물질 공급조(110)를 통하여 미세조류에게 투입되어지고, 그 공급량이 결정되는 것이 바람직하다. In the photobioreactor 120, glycerol is supplied as a complex nutrient for promoting growth of the microalgae and improving lipid content. It is preferable to feed the glycerol at a rate of 2 g / L to 10 g / L. When the amount of the glycerol supplied is less than 2 g / L, the growth rate of the microalgae and the lipid content of the microalgae are decreased. When the amount of the glycerol supplied is more than 10 g / L, There is a side where the speed is increased, but it is not preferable because it does not change much compared to the amount of the input. The glycerol is preferably supplied to the microalgae through the nutrient supply tank 110, and the amount of the glycerol to be supplied is determined.

상기 광생물반응기(120)는 순환펌프(40)를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 상기 순환펌프(40)는 상기 광생물반응기(120)의 내부에 존재하는 영양물질과 미세조류를 계속적으로 혼련시키고 순환시켜주는 기능을 수행하게 된다. 또한, 상기 광생물반응기(120)는 수위계(30)를 통하여 상기 영양물질을 포함한 수용액의 수위를 측정하고, 외부로부터 영양물질의 투입 여부를 결정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 각종의 측정센서(55)를 설치하고 상기 수용액의 온도, pH, 산소 또는 이산화탄소, 복합 영양소의 농도 등을 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 수위계(30)와 측정센서(55)들은 컴퓨터 시스템(50)에 연결하여 자동적으로 측정 및 제어를 수행하도록 하는 것이 좋다. The photobioreactor 120 preferably includes a circulation pump 40. The circulation pump 40 continuously performs kneading and circulation of nutrients and microalgae present in the photobioreactor 120. In addition, the photobioreactor 120 may measure the level of the aqueous solution containing the nutrient through the level gauge 30, and determine whether the nutrient is injected from the outside. It is also preferable to provide various measurement sensors 55 so that the temperature, pH, oxygen or carbon dioxide of the aqueous solution, the concentration of the complex nutrients, and the like can be measured. The water gauge 30 and the measurement sensor 55 may be connected to the computer system 50 to automatically perform measurement and control.

본 발명은 상기 광생물반응기(120)에 상기 영양 배지와 상기 복합 영양소를 투입하고, 상기 미세조류를 투입하고, 상기 광원부(125)에서 발생된 빛을 도광판(126)에 의하여 균일하게 분산시켜 제공하면서, 실온에서 12일 내지 20일 정도를 서서히 혼련시킨다. 혼련 방식은 특별히 제한되지 않는다. 상기 광원부(125)는 전기에너지를 이용하여 빛을 발생시키는 것으로서, 상기 미세조류의 광합성 작용을 위하여 필요하다. 상기 광원부(125)에 의하여 발생된 빛은 그 아래쪽에 설치되어 있는 도광판(126)으로 전달되어지고, 상기 도광판(126)에 의하여 상기 몸체부(122)의 내부에서 고르게 분산되어 퍼져나가게 된다. 이와 같은 과정을 통하여, 상기 광생물반응기(120)의 내부에서 상기 미세조류가 성장하게 된다.
The nutrient medium and the nutrients are introduced into the photobioreactor 120 and the microalgae are introduced into the photobioreactor 120. The light generated from the light source 125 is uniformly dispersed by the light guide plate 126 While slowly kneading for about 12 to 20 days at room temperature. The method of kneading is not particularly limited. The light source 125 generates light using electric energy, and is necessary for the photosynthesis of the microalgae. The light generated by the light source unit 125 is transmitted to the light guide plate 126 disposed below the light source unit 125 and is dispersed evenly inside the body unit 122 by the light guide plate 126. Through such a process, the microalgae grow inside the photobioreactor 120.

본 발명은 미세조류의 성장을 촉진시키고, 미세조류의 수득량을 향상시키기 위하여, 단순히 광합성 작용에 의해서만 아니라, 외부에서 복합 영양소로서 글리세롤을 공급함으로써, 상기 미세조류에 대해 독립영양생물로서의 성장과 종속영양생물로서의 성장을 동시에 적용한 것이라고 할 수 있다.
The present invention relates to a method of producing glycerol from a microalgae by supplying glycerol as a multiple nutrient externally, not only by a photosynthesis action, but also by a microalgae, It can be said that the growth as a nutritive organism is applied at the same time.

도 4는 상기 바이오 매스의 증식장치(100)에 관한 변형 실시예를 나타낸 개략적인 개념도이다.
4 is a schematic diagram showing a modified embodiment of the apparatus 100 for growing the biomass.

본 발명은 상기 미세조류를 단일 종으로 배양하여 바이오 매스를 수득할 경우에는 상기 광생물반응기(120)를 단독으로 설치하여 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, when the microalgae are cultured in a single species to obtain biomass, it is preferable that the photobioreactor 120 is installed alone.

그러나, 상기 미세조류를 복수의 종으로 배양하여 동시에 복수의 바이오 매스를 수득하고자 할 경우, 또는 상기 미세조류를 비록 단일 종으로 배양하였으나, 동일한 기간 내에 보다 많은 바이오 매스를 수확하고자 할 경우에는, 상기 광생물반응기(120)를 복수로 설치하는 것이 좋다. However, when it is intended to obtain a plurality of biomass by culturing the microalgae into a plurality of species, or if the microalgae are cultured as a single species but want to harvest more biomass within the same period, It is preferable that a plurality of photobioreactors 120 are provided.

상기 광생물반응기(120)를 하나의 바이오매스 증식장치에 복수 개를 설치할 경우에는 병렬 방식으로 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 광생물반응기(120)는 서로 다른 용량으로 설계될 수도 있고, 서로 동일한 용량으로 설계되어 사용될 수도 있다. When a plurality of the photobioreactors 120 are installed in one biomass expansion apparatus, it is preferable to install them in a parallel manner. In this case, the photobioreactors 120 may be designed to have different capacities or may be designed and used with the same capacity.

본 발명의 도 4에서는 서로 동일한 용량으로 3개의 광생물반응기(120a)(120b)(120c)를 설치하고 있고, 병렬방식으로 설치된 경우를 예시적으로 보여주고 있다. In FIG. 4 of the present invention, three photobioreactors 120a, 120b, and 120c are installed at the same capacity, and the photoreflector 120b is installed in a parallel manner.

이러한 경우에, 상기 바이오 매스의 증식장치(100)에 관한 작동관계는 위에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다.
In this case, the operational relationship of the biomass propagation apparatus 100 is the same as that described above, so that detailed description thereof will be omitted.

이하, 구체적인 실시예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

<< 미세조류의 선택 및 배양 >><< Selection and Culture of Microalgae >>

본 발명은 미세조류로서 구형 클로렐라 (Chlorella sp.)와, 나노클로리스 (Nannochloris. sp.)와, 보트리오코코스 브라우니 (Botryococcus. braunii)를 선택하였다. 상기 클로렐라와 나노클로리스 및 보트리오코코스 브라우니는 한국 해양미세조류은행 (KMMCC, Kores)에서 분양받아 BG-11 배지에서 배양하였다. 배양 조건은 pH (7.2 ± 0.3), 낮 (8h) 밤 (16h)의 주기로 온도 (22℃ ± 2℃) 의 항온기에서 15일간 증식시켰다. 사용되었던 BG-11 배지의 성분은 아래의 표 1과 같았다.
The present invention selected the rectangle Chlorella (Chlorella sp.), And a nano-keulroriseu (Nannochloris. Sp.), And a boat Rio Cocos brownie (Botryococcus. Braunii) as microalgae. The chlorella, nanocholor and barium cocos brownie were cultivated in BG-11 medium and cultivated in Korean Marine Microalgae Bank (KMMCC, Kores). Culturing conditions were proliferated for 15 days in a thermostat (22 ° C ± 2 ° C) with a cycle of pH (7.2 ± 0.3), day (8h) and night (16h). The components of the BG-11 medium used were as shown in Table 1 below.

BG-11 배지 성분 [단위: mg/L Deionized Water]BG-11 Medium [mg / L Deionized Water] ComponentComponent Stock SolutionStock Solution
[g/L dH[g / L dH 22 O] O]
Quantity used Quantity used Concentration in Concentration in
Final Medium [M]Final Medium [M]
Fe Citrate solution  Fe Citrate solution -- 1 mL1 mL -- Citric acid  Citric acid 66 -- 3.12 x 10-5 3.12 x 10 -5 Ferric ammonium citrate  Ferric ammonium citrate 66 -- ~ 3.12 x 10-5 ~ 3.12 x 10 -5 NaNO3 NaNO 3 -- 1.5 g1.5 g 1.72 x 10-2 1.72 x 10 -2 K2HPO4ㆍH2OK 2 HPO 4 .H 2 O 4040 1 mL1 mL 1.75 x 10-4 1.75 x 10 -4 MgSO4ㆍH2OMgSO 4 .H 2 O 7575 1 mL1 mL 3.04 x 10-4 3.04 x 10 -4 CaCl3ㆍH2OCaCl 3 .H 2 O 3636 1 mL1 mL 2.45 x 10-4 2.45 x 10 -4 Na2CO3 Na 2 CO 3 2020 1 mL1 mL 1.89 x 10-4 1.89 x 10 -4 MgNa2EDTAㆍH2O MgNa 2 EDTA and H 2 O 1.01.0 1 mL1 mL 2.79 x 10-4 2.79 x 10 -4 Trace metals solution  Trace metals solution see following recipesee following recipe 1 mL1 mL
-

-
H3BO3 H 3 BO 3 -- 2.860 g2.860 g 4.63 x 10-5 4.63 x 10 -5 MnCl2ㆍH2O MnCl 2 and H 2 O -- 1.810 g1.810 g 9.15 x 10-6 9.15 x 10 -6 ZnSO4ㆍH2OZnSO 4 .H 2 O -- 0.220 g0.220 g 7.65 x 10-7 7.65 x 10 -7 CuSO4ㆍH2OCuSO 4 .H 2 O 79.079.0 1 mL1 mL 3.16 x 10-7 3.16 x 10 -7 Na2MoO2ㆍH2ONa 2 MoO 2 and H 2 O -- 0.391 g0.391 g 1.61 x 10-6 1.61 x 10 -6 Co(NO3)2ㆍH2OCo (NO 3 ) 2 .H 2 O 49.449.4 1 mL1 mL 1.70 x 10-7 1.70 x 10 -7

<< 바이오매스 증식장치(100) >><< Biomass Proliferation Device (100) >>

상기 Chlorella sp.와 Nannochloris sp.와 Botryococcus braunii 를 각각 BG-11 배지에서 배양한 다음, 상기 바이오매스 증식장치(100)에 투입하여, 상기 미세조류의 성장활동을 측정하였다. The Chlorella sp., Nannochloris sp., And Botryococcus braunii were cultured in BG-11 medium, respectively, and then added to the biomass growth apparatus 100 to measure the growth activity of the microalgae.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바이오매스 증식장치(100)에 3개의 광생물반응기(120a)(120b)(120c)를 장착하고, 상기 미세조류를 각각의 광생물반응기(120a)(120b)(120c)에 투입하고, 초기농도를 측정하였다. 이때, 상기 Chlorella sp.의 초기농도는 0.357 ± 0.7 g/L 이었고, 상기 Nannochloris sp.의 초기농도는 0.367 ± 0.6 g/L 이었으며, 상기 Botryococcus braunii 의 초기농도는 0.342 ± 0.7 g/L 이었다. 4, three photobioreactors 120a, 120b and 120c are installed in the biomass propagation apparatus 100, and the micro-algae are installed in the respective photobioreactors 120a and 120b, (120c), and the initial concentration was measured. The initial concentration of Chlorella sp. Was 0.357 ± 0.7 g / L, the initial concentration of Nannochloris sp. Was 0.367 ± 0.6 g / L, and the initial concentration of Botryococcus braunii was 0.342 ± 0.7 g / L.

상기 3개의 광생물반응기(120a)(120b)(120c)는 모두 동일한 형상으로 제작하였고, 상기 몸체부(122)의 용량은 모두 각각 15 L [230 mm (가로) * 230 mm (세로) * 300 mm (높이)] 이었다. 상기 광생물반응기(120)는 중성 pH (7.2 ±0.3)로 유지하였으며, 진행 온도는 22 ℃ ± 2 ℃ 이었고, 낮(8시간)과 밤(16시간)의 주기를 유지하였다. 또한, 상기 광생물반응기(120)는 공기 공급조(112)를 통하여 상기 몸체부(112)에 분당 0.5 L의 공기를 주입했고, 그 때 CO2의 양은 0.02 vvm 이었다. Each of the three photobioreactors 120a, 120b and 120c was manufactured in the same shape and the capacity of the body part 122 was 15 L [230 mm (width) * 230 mm (length) * 300 mm (height)]. The photobioreactor 120 was maintained at neutral pH (7.2 ± 0.3), and the progress temperature was 22 ° C. ± 2 ° C., and the cycle of day (8 hours) and night (16 hours) was maintained. In addition, the photobioreactor 120 injected 0.5 L of air per minute into the body portion 112 through the air supply tank 112, and the amount of CO 2 was 0.02 vvm.

상기 광생물반응기(120a)(120b)(120c)에는 컴퓨터(50)에 연결된 다수의 측정용 센서(55)들을 결합시켜 몸체부(122)의 수용액의 상태를 측정하도록 하였고, 수위계(30)를 부착하였으며, 순환펌프(40)를 통하여 계속적으로 수용액의 순환을 유도하였다. A plurality of measurement sensors 55 connected to the computer 50 are coupled to the photobioreactors 120a, 120b and 120c to measure the state of the aqueous solution of the body part 122 and the water level meter 30 And the circulation of the aqueous solution was continuously induced through the circulation pump 40.

또한, 상기 광생물반응기(120a)(120b)(120c)의 몸체부(122) 가운데에 V-cut 형태의 도광판(126)을 삽입하여 빛이 반응기 전체에 균일하게 전달되도록 하였다. 상기 도광판(126)은 빛의 투과율이 가장 좋은 PMMA (Poly-methylmethacrylate)를 재료로 사용하였고, 그 두께는 6 밀리미터이었다. Also, a V-cut type light guide plate 126 is inserted into the body 122 of the photobioreactor 120a, 120b and 120c to uniformly transmit light to the entire reactor. The light guide plate 126 made of PMMA (poly-methylmethacrylate) having the best light transmittance was used as a material, and its thickness was 6 mm.

상기 도광판(126) 위에 광원부(125)를 설치하였고, 상기 광원부(125)는 LEDs 램프를 사용하였고, white 색상을 사용하였으며, 광합성에 사용되는 빛의 양을 나타내는 광량은 ~ 250 μmol photon/m2/s 이었다. 상기 LEDs 램프는 bar 형식으로 제작되었고, LED에 공급되는 전원은 모델 FP-60-12 파워공급기를 사용하였으며 (AD & Lighting, Suwon, Kyonggi-Do, Korea), 모든 광원은 위에서 아래로 공급하였다.A light source 125 was installed on the light guide plate 126. The light source 125 used an LED lamp and a white color was used. The amount of light used for photosynthesis was ~250 μmol photon / m 2 / s. The LED lamps were manufactured in bar form, and the power supplied to the LEDs was supplied by a model FP-60-12 power supply (AD & Lighting, Suwon, Kyonggi-Do, Korea).

위와 같은 바이오매스 증식장치(100)를 이용하여, 상기 미세조류에 대한 복합 영양물질로서 글리세롤을 전혀 투입하지 않은 경우, 상기 복합 영양물질로서 글리세롤을 2 g/L 투입한 경우, 상기 글리세롤을 5 g/L 투입한 경우, 그리고 상기 글리세롤을 10 g/L 투입한 경우 등에 대하여, 각각 실험을 진행하였다.
In the case where no glycerol was added as a complex nutrient to the microalgae using the biomass growth apparatus 100 and 2 g / L of glycerol was added as the complex nutrient, 5 g of the glycerol / L was added, and when 10 g / L of glycerol was added, the experiment was conducted.

<< 글리세롤의 투입량과 미세조류의 실험방식의 관계 >> << Relationship between the amount of glycerol injected and the experimental method of microalgae >>

상기 바이오매스 증식장치(100)를 작동시키고, 상기 광생물반응기(120a)(120b)(120c)의 내부의 시료를 매일 채취하면서, 상기 Chlorella sp.와 Nannochloris sp. 및 Botryococcus braunii 의 생산량의 변화와 지질 함량의 변화를 살펴보았다. While operating the biomass growth apparatus 100, and, the interior of the sample collected in the photobioreactor (120a) (120b) (120c ) per day and the Chlorella sp. And Nannochloris sp. And Botryococcus braunii , and the changes of lipid content.

실험방식은 상기 바이오매스 증식장치(100)에서 수득한 3종류의 미세조류를 이용하였으며, 글리세롤의 투입에 관한 결과를 산출하기 위하여, 각각 복합 영양소 글리세롤을 전혀 투입하지 않은 경우, 복합 영양소 글리세롤을 2 g/L; 5 g/L; 10 g/L; 의 비율로 투입한 경우로 나누어 각각 살펴보았다.
The experiment was conducted using the three kinds of microalgae obtained from the biomass propagation apparatus 100. In order to calculate the results on the input of glycerol, when the compound nutrient glycerol was not added at all, g / L; 5 g / L; 10 g / L; Of the total, respectively.

<< 글리세롤의 투입량과 미세조류의 오일 추출량의 상관관계 >> << Correlation between the input of glycerol and the oil extraction amount of microalgae >>

상기 바이오매스 증식장치(100)를 20일 동안 가동한 다음, 미세조류를 각각 채취하고, 1500 rpm 에서 15분 동안 원심분리를 하였으며, 수확한 미세조류를 습식오일 추출방식으로 진행하였고, 용매는 핵산 (Junsei 96%)를 단독 사용하였다. After the biomass propagation apparatus 100 was operated for 20 days, the microalgae were respectively collected and centrifuged at 1500 rpm for 15 minutes. The harvested microalgae were subjected to a wet oil extraction method, (Junsei 96%) were used alone.

습식오일 추출은 1 g 의 미세조류를 포함한 3.3 mL 시료를 이용하였으며, 미세조류의 양은 용매 대비 5%(w/w)였다. 핵산과 혼합한 미세조류를 3시간동안 교반한 후, 오일을 포함한 용매층을 회수하여 감압증발 (Genevac, EZ2 PLUS)하였고, 용매를 휘발시키고 남아있는 오일을 회수하였다. 오일의 완전한 회수를 위하여 위와 같은 추출법을 3번 반복하였다. Wet oil extraction was performed using 3.3 mL samples containing 1 g of microalgae, and the amount of microalgae was 5% (w / w) relative to the solvent. After the microalgae mixed with the nucleic acid was stirred for 3 hours, the solvent layer containing the oil was recovered and evaporated under reduced pressure (Genevac, EZ2 PLUS). The solvent was volatilized and the remaining oil was recovered. For the complete recovery of the oil, the above extraction procedure was repeated three times.

미세조류의 오일 추출량은 다음과 같이 계산하였다. The amount of oil extracted from the microalgae was calculated as follows.

Figure pat00001

Figure pat00001

실험 결과, Chlorella sp.와 Nannochloris sp.는 2 g/L glycerol 농도에서 15.91% 와 16.24%, Botryococcus braunii는 10 g/L glycerol 농도에서 16.41%로 TAG 함량이 가장 많았다. Chlorella sp. And Nannochloris sp. Were 15.91% and 16.24% at 2 g / L glycerol concentration and Botryococcus braunii were 16.41% at 10 g / L glycerol concentration, respectively.

상기 실험을 통하여 얻어진 값을 아래의 표 2로 제시하였다.
The values obtained through the above experiment are shown in Table 2 below.

Total TAG content in dry mass of investigated algae species Total TAG content in dry mass of investigated algae species Glycerol
concentration
[g/L]
Glycerol
concentration
[g / L]
Total TAG content in dry biomass of algae* (%)  Total TAG content in dry biomass of algae * (%)
Chlorella sp. Chlorella sp. Nannochloris sp. Nannochloris sp. Botryococcus braunii Botryococcus braunii 0 0 3.71 ± 0.51  3.71 ± 0.51 3.13 ± 0.42  3.13 + - 0.42 7.11 ± 1.21  7.11 + 1.21 22 15.91 ± 1.30  15.91 + 1.30 16.24 ± 1.40  16.24 + 1.40 9.33 ± 1.46  9.33 ± 1.46 55 8.73 ± 1.43  8.73 ± 1.43 6.74 ± 0.76  6.74 + 0.76 15.02 ± 1.67  15.02 + - 1.67 1010 8.21 ± 1.52  8.21 + - 1.52 6.32 ± 0.67  6.32 ± 0.67 16.41 ± 1.53  16.41 ± 1.53

* data from 20-day cell growth was used for determination
* data from 20-day cell growth was used for determination

바이오디젤은 미세조류에 함유된 TAG (Triacylglycerols)를 에스테르 교환반응 (Trans-esterification)을 통하여 전환함으로써 생성된다. 따라서 TAG 함량이 많을수록 바이오디젤의 생산량도 또한 많아진다. Biodiesel is produced by converting TAG (triacylglycerols) contained in microalgae through trans-esterification. Therefore, the more TAG content, the greater the production of biodiesel.

상기 실험결과를 좀더 구체적으로 분석해 보면, 본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법을 이용할 경우, 상기 클로렐라의 경우 TAG의 함유량이 약 3.71 %에서 8.21 ~ 15.91 % 로 향상되어지므로, 대략 2.2 배 내지 4.3 배 이상의 수확을 얻을 수 있게 된다. When the method of improving the lipid content of biomass using the glycerol according to the present invention is used, the content of TAG in the case of chlorella is improved from about 3.71% to 8.21% to 15.91% It is possible to obtain a yield of about 2.2 times to 4.3 times or more.

또한, 상기 나노클로리스의 경우, TAG의 함유량은 약 3.13 %에서 6.32 ~ 16.24 % 로 향상되어지므로, 대략 2.0 배 내지 5.2 배 이상의 수확을 얻을 수 있게 됨을 알 수 있다. In addition, in the case of the nanoclose, the content of TAG is improved from about 3.13% to 6.32% to 16.24%, so that it is possible to obtain a yield of about 2.0 times to 5.2 times or more.

또한, 상기 보트리오코코스의 경우, TAG의 함유량은 약 7.11 %에서 9.33 ~ 16.41 % 로 향상되어지므로, 1.3 배 내지 2.3 배 이상의 수확을 얻을 수 있게 되는 것이다. In addition, in the case of the above-mentioned barium cocos, the content of TAG is improved from about 7.11% to 9.33% to 16.41%, so that the yield of 1.3 to 2.3 times or more can be obtained.

이와 같은 결과는 전혀 예상할 수 없었던 놀랄만한 지질 함유량의 증대를 가져온 것으로 여겨진다. These results are believed to have resulted in an unexpectedly surprising increase in lipid content.

상기 표 2에 의한 측정값을 그래프로 나타낸 것이 도 5로 제시되어 있다.
A graphical representation of the measured values according to Table 2 is shown in FIG.

<< 미세조류 오일의 총 지방산 함량 >> << Total fatty acid content of microalgae oil >>

미세조류 오일의 총 지방산의 함량은 포화 지방산과 불포화 지방산의 구성비율에 의하여 결정될 수 있고, 포화 지방산의 구성비율이 낮고 불포화 지방산의 구성비율이 높을수록 동절기에 바이오 디젤을 이용할 경우 안정성이 높다고 할 수 있다. 본 발명의 방법을 이용할 경우, 포화 지방산과 불포화 지방산의 구성비율이 서로 달라지는 것인지의 여부를 확인하고, 바이오 디젤로서의 안정적인 사용 여부를 확인하기 위하여, 미세조류 오일의 총 지방산 함량을 측정하기로 하였다.
The total fatty acid content of microalgae oil can be determined by the composition ratio of saturated fatty acid and unsaturated fatty acid. The lower the constituent ratio of saturated fatty acid and the higher the constituent ratio of unsaturated fatty acid, the higher the stability when biodiesel is used in winter have. When the method of the present invention is used, it is determined whether the constituent ratios of the saturated fatty acids and the unsaturated fatty acids are different from each other, and the total fatty acid content of the microalgae oil is determined in order to confirm whether or not the biodiesel is used stably.

추출된 미세조류 오일의 총 지방산 함량을 측정하기 위해, 수정된 direct trans-esterification법을 사용하였다. 건조 미세조류 및 추출 오일을 각각 10 mg을 test tube에 넣고 클로로포름-메탄올(2:1, v/v) 2 mL를 넣은 뒤, Vortex mixer로 10분간 섞어주고, 그 후, 내부 표준물질인 heptadecanoic acid-chloroform solution (Sigma-Aldrich, 500 ㎍/L) 1 mL, 메탄올 1 mL, 그리고 황산 0.3 mL을 투입하였다. Vortex mixer로 10분간 섞어주고, 100 ℃ 항온조에서 10분간 반응시킨 후, 상온에서 충분히 식혀주고, 증류수 1 mL을 첨가하고 5분간 섞은 다음, 1500 rpm 에서 10 min 동안 원심분리하였다. 층분리된 용액 중 아래층을 주사기로 뽑아 필터로 여과한 후, GC (Gas Chromatography, Agilent 7890A, Santa Clara, Califonia, USA)로 분석하였다. 외부 표준물질로 Mix RM3, Mix RM5, GLC50, GLC70(Supelco)을 사용하여 지방산의 정량 분석을 수행하였다. To determine the total fatty acid content of the extracted microalgae oil, a modified direct trans-esterification method was used. 10 mg of dry microalgae and extracted oil were added to each test tube, 2 mL of chloroform-methanol (2: 1, v / v) was added, and the mixture was mixed with a vortex mixer for 10 minutes. Then, the internal standard heptadecanoic acid 1 mL of chloroform solution (Sigma-Aldrich, 500 μg / L), 1 mL of methanol, and 0.3 mL of sulfuric acid. After mixing for 10 minutes with a vortex mixer, the reaction was allowed to proceed for 10 minutes at 100 ° C. After cooling for 10 minutes at room temperature, 1 mL of distilled water was added and mixed for 5 minutes and then centrifuged at 1500 rpm for 10 minutes. The lower layer of the layered solution was extracted with a syringe, filtered and analyzed by GC (Gas Chromatography, Agilent 7890A, Santa Clara, Califonia, USA). Quantitative analysis of fatty acids was performed using Mix RM3, Mix RM5, GLC50, and GLC70 (Supelco) as external reference materials.

추출된 미세조류 오일 중의 유리지방산 함량은 적정법에 의한 산가분석을 통하여 측정하였다. The content of free fatty acid in the extracted microalgae oil was measured by acid value analysis by titration method.

산가 및 유리지방산 함량은 다음과 같이 계산되었다.
The acid value and free fatty acid content were calculated as follows.

Acid value = (56.11 x V x c) / m ............... 식 (2)Acid value = (56.11 x V x c) / m (2)

단, 상기 식에서, V = 사용한 KOH 용액의 부피(mL),    Where V = volume (mL) of the used KOH solution,

c = KOH 용액의 몰 농도(M),         c = molar concentration (M) of the KOH solution,

m = 시료의 질량(g)이다.        m = mass (g) of the sample.

Free fatty acid(%) = 0.5 x Acid value ............... 식 (3)
Free fatty acid (%) = 0.5 x Acid value ... (3)

이때, 상기 Chlorella sp.와 Nannochloris sp.에 대해서는, 글리세롤 투입량이 전혀 없었을 경우와 글리세롤 투입량이 2 g/L 이었을 경우를 대비하여 측정한 것이고, 상기 Botryococcus braunii 에 대해서는 글리세롤 투입량이 전혀 없었을 경우와 글리세롤 투입량이 10 g/L 이었을 경우를 대비하여 측정한 것이었다. The Chlorella sp. And Nannochloris sp. Were measured in the case of no glycerol input and in the case of glycerol input of 2 g / L, and in the case of Botryococcus braunii , the case of no glycerol input and the glycerol input Was 10 g / L.

실험결과 얻어진 미세조류 오일의 총 지방산의 함량은 아래 표 3과 같았다.
The total fatty acid content of the microalgae oil obtained as a result of the experiment was as shown in Table 3 below.

Composition of total fatty acid profiles of algae oil (1)Composition of total fatty acid profiles of algae oil (1) Fatty acids   Fatty acids Composition (%) of total fatty acids    Composition (%) of total fatty acids Chlorella sp. Chlorella sp. Nannochloris sp. Nannochloris sp. Botryococcus brauniiBotryococcus braunii Glycerol
concentration[g/L]
Glycerol
concentration [g / L]
0    0 2    2 0    0 2     2 0    0 10    10
Saturated Saturated 36.91
± 0.51
36.91
± 0.51
34.94
± 0.49
34.94
± 0.49
14.27
± 0.34
14.27
± 0.34
24.23
± 0.38
24.23
± 0.38
18.78
± 0.27
18.78
± 0.27
23.39
± 0.42
23.39
± 0.42
Unsaturated Unsaturated 63.09
± 2.31
63.09
± 2.31
65.06
± 2.48
65.06
± 2.48
85.74
± 3.58
85.74
± 3.58
75.78
± 3.46
75.78
± 3.46
81.24
± 2.61
81.24
± 2.61
76.61
± 1.56
76.61
± 1.56

* data from 20-day cell growth of medium
* data from 20-day cell growth of medium

상기 표에 의한 실험 결과를 살펴보면, 글리세롤을 첨가하지 않은 경우와 글리세롤을 첨가한 경우에, 각각 미세조류 오일의 포화지방산과 불포화지방산의 구성비율에 약간의 변동이 발생되고 있음을 알 수 있었다. As a result of the experiment according to the above table, it was found that the composition ratio of the saturated fatty acid and the unsaturated fatty acid in the microalgae oil slightly varied when glycerol was not added and when glycerol was added.

그렇지만, 그 변동의 폭이 그리 크지 않고, 또한 불포화 지방산의 구성비율이 여전히 65 % 내지 85 % 정도를 이루고 있으므로, 여전히 바이오디젤의 원료로서 사용하는데 있어서 문제되지 않음을 알 수 있었다. However, it has been found that the variation is not so large, and the composition ratio of the unsaturated fatty acid is still about 65% to 85%, so that it is still not a problem in using it as a raw material for biodiesel.

상기 표 3에 의한 측정값을 그래프로 나타낸 것이 도 6으로 제시되어 있다.
A graphical representation of the measured values according to Table 3 is shown in FIG.

<< 미세조류 오일의 지방산 분석 >> << Fatty acid analysis of microalgae oil >>

위에서 미세조류 오일의 총 지방산 구성비율에 관한 변화 여부를 살펴보았는데, 데이터의 객관성을 확인하기 위하여, 미세조류의 지방산을 분석해 보았다.
In order to confirm the objectivity of the data, we analyzed the fatty acids of the microalgae.

미세조류의 지방산 분석은 추출된 오일의 지방산 함량(mg/g oil) 분석 후, 표준 분석조건 EN ISO 5508 (Animal and vegetable fats and oils - Preparation of test sample)과 EN ISO 550에 따라 분석하였다. 250 mg 시료가 내부 표준물질인 methyl heptadecanoate-heptane solution(Fluka, 10 mg/g) 5 mL와 교반한 후, GC (Gas Chromatography, Agilent 7890A, Santa Clara, Califonia, USA)로 분석하였다. FAME의 검출 및 분리를 위해 사용한 컬럼은 capillary Alltech AT-FAME (30 m x 0.25 mm x 0.25 ㎛)이다. Carrier gas 로는 질소(Nitrogen)를 사용하였고, split mode의 split ratio는 45:1로 하였으며 가스 유속은 2.2 mL/min이었다. 오븐의 온도는 250 ℃ 까지 증가하며, Injector의 온도는 250 ℃, 검출기의 온도는 275 ℃로 하였다. Analysis of fatty acids in microalgae was carried out according to EN ISO 5508 (Animal and vegetable fats and oils - Preparation of test sample) and EN ISO 550 after analysis of fatty acid content (mg / g oil) of extracted oils. 250 mg sample was mixed with 5 mL of methyl heptadecanoate-heptane solution (Fluka, 10 mg / g) as an internal standard and analyzed by GC (Gas Chromatography, Agilent 7890A, Santa Clara, Califonia, USA). The column used for detection and isolation of FAME is capillary Alltech AT-FAME (30 m x 0.25 mm x 0.25 m). Nitrogen was used as the carrier gas. The split ratio of the split mode was 45: 1 and the gas flow rate was 2.2 mL / min. The temperature of the oven was increased to 250 ° C, the temperature of the injector was 250 ° C, and the temperature of the detector was 275 ° C.

측정결과 미세조류 오일의 지방산의 분석 내용은 아래의 표 4와 같았다.
The results of analysis of the fatty acids of the microalgae oil are shown in Table 4 below.

Composition of total fatty acid profiles of algae oil (2)Composition of total fatty acid profiles of algae oil (2) Fatty acids  Fatty acids Composition (%) of total fatty acidsComposition (%) of total fatty acids Chlorella sp. Chlorella sp. Nannochloris sp. Nannochloris sp. Botryococcus braunii Botryococcus braunii Glycerol
concentration[g/L]
Glycerol
concentration [g / L]
0   0 2   2 0   0 2    2 0   0 10   10
SaturatedSaturated 36.91
± 0.51
36.91
± 0.51
34.94
± 0.49
34.94
± 0.49
14.27
± 0.34
14.27
± 0.34
24.23
± 0.38
24.23
± 0.38
18.78
± 0.27
18.78
± 0.27
23.39
± 0.42
23.39
± 0.42
C14:0 mystiric C14: 0 mystiric 0.31
± 0.02
0.31
± 0.02
0.31
± 0.03
0.31
± 0.03
NDND 0.58
± 0.04
0.58
± 0.04
0.23
± 0.02
0.23
± 0.02
NDND
C16:0 palmitic C16: 0 palmitic 31.09
± 0.84
31.09
± 0.84
15.54
± 0.67
15.54
± 0.67
8.62
± 0.48
8.62
± 0.48
19.04
± 0.75
19.04
± 0.75
9.78
± 0.54
9.78
± 0.54
15.23
± 0.38
15.23
± 0.38
C17:0 margarin C17: 0 margarine 0.47
± 0.04
0.47
± 0.04
1.71
± 0.11
1.71
± 0.11
0.93
± 0.07
0.93
± 0.07
0.48
± 0.03
0.48
± 0.03
1.55
± 0.14
1.55
± 0.14
1.45
± 0.08
1.45
± 0.08
C18:0 stearic C18: 0 stearic 4.11
± 0.12
4.11
± 0.12
5.76
± 0.07
5.76
± 0.07
2.81
± 0.09
2.81
± 0.09
2.85
± 0.06
2.85
± 0.06
3.99
± 0.12
3.99
± 0.12
5.84
± 0.13
5.84
± 0.13
C20:0 arachidic C20: 0 arachidic 0.57
± 0.03
0.57
± 0.03
4.13
± 0.24
4.13
± 0.24
0.73
± 0.02
0.73
± 0.02
0.47
± 0.04
0.47
± 0.04
1.37
± 0.03
1.37
± 0.03
0.77
± 0.02
0.77
± 0.02
C22:0 behenic C22: 0 behenic 0.24
± 0.02
0.24
± 0.02
5.27
± 0.24
5.27
± 0.24
1.09
± 0.12
1.09
± 0.12
0.71
± 0.07
0.71
± 0.07
1.81
± 0.07
1.81
± 0.07
0.04
± 0.01
0.04
± 0.01
C24:0 lignoceric C24: 0 lignoceric 0.13
± 0.02
0.13
± 0.02
2.22
± 0.08
2.22
± 0.08
0.09
± 0.01
0.09
± 0.01
0.1
± 0.04
0.1
± 0.04
0.05
± 0.03
0.05
± 0.03
0.06
± 0.02
0.06
± 0.02
UnsaturatedUnsaturated 63.09
± 2.31
63.09
± 2.31
65.06
± 2.48
65.06
± 2.48
85.74
± 3.58
85.74
± 3.58
75.78
± 3.46
75.78
± 3.46
81.24
± 2.61
81.24
± 2.61
76.61
± 1.56
76.61
± 1.56
C16:1 palmitoleic C16: 1 palmitoleic 2.28
± 0.27
2.28
± 0.27
2.1
± 0.38
2.1
± 0.38
1.07
± 0.07
1.07
± 0.07
2.1
± 0.07
2.1
± 0.07
1.66
± 0.03
1.66
± 0.03
2.49
± 0.04
2.49
± 0.04
C18:1 oleic C18: 1 oleic 43.01
± 1.14
43.01
± 1.14
26.2
± 2.06
26.2
± 2.06
62.35
± 2.51
62.35
± 2.51
43.47
± 1.67
43.47
± 1.67
49.43
± 1.21
49.43
± 1.21
49.35
± 1.65
49.35
± 1.65
C18:2 linoleic C18: 2 linoleic 10.95
± 1.35
10.95
± 1.35
16.76
± 1.31
16.76
± 1.31
12.72
± 2.15
12.72
± 2.15
17.19
± 1.95
17.19
± 1.95
13.67
± 2.11
13.67
± 2.11
16.73
± 1.23
16.73
± 1.23
C18:3 linolenic C18: 3 linolenic 6.03
± 1.11
6.03
± 1.11
8.42
± 1.24
8.42
± 1.24
5.44
± 0.48
5.44
± 0.48
11.17
± 0.87
11.17
± 0.87
10.94
± 1.38
10.94
± 1.38
7.03
± 1.41
7.03
± 1.41
C20:1 gadoleic C20: 1 gadoleic 0.51
± 0.09
0.51
± 0.09
2.9
± 0.04
2.9
± 0.04
2.12
± 0.03
2.12
± 0.03
0.82
± 0.12
0.82
± 0.12
4.59
± 0.24
4.59
± 0.24
0.75
± 0.07
0.75
± 0.07
C22:1 erucic C22: 1 erucic 0.24
± 0.03
0.24
± 0.03
5.63
± 0.12
5.63
± 0.12
0.62
± 0.07
0.62
± 0.07
0.38
± 0.07
0.38
± 0.07
0.83
± 0.13
0.83
± 0.13
0.2
± 0.05
0.2
± 0.05
C24:1 nervonic C24: 1 nervonic 0.02
± 0.01
0.02
± 0.01
3.05
± 0.21
3.05
± 0.21
1.49
± 0.56
1.49
± 0.56
0.65
± 0.04
0.65
± 0.04
0.12
± 0.07
0.12
± 0.07
0.05
± 0.01
0.05
± 0.01

* ND: not detected; ** data from 20-day cell growth of medium
* ND: not detected; ** data from 20-day cell growth of medium

상기 표 4의 내용과 상기 표 3의 내용을 서로 대비하여 살펴볼 때, 이들은 서로 동일한 것이므로, 상기 표 3에 의한 평가는 객관성을 가지고 있는 것으로 여겨진다.
Since the contents of Table 4 and Table 3 are compared with each other, it is considered that the evaluation according to Table 3 has objectivity.

위에서 본 발명의 방법에 의할 경우, 미세조류의 지질성분을 대폭적으로 향상시킬 수 있다는 사실들이 객관적으로 밝혀졌음을 알 수 있다.
It can be seen from the above that the fact that the method of the present invention can significantly improve the lipid component of the microalgae has been found objectively.

이제, 본 발명의 방법에 의할 경우, 상기 미세조류의 지질성분의 향상과 더불어, 상기 미세조류의 생산량의 증대에 있어서도 긍정적인 결과를 초래하고 있는지의 여부를 확인하기 위하여, 상기 Chlorella sp.와, Nannochloris sp.와, Botryococcus braunii 에 대하여 동일한 조건으로 실험을 진행하고 그 결과를 확인하였다. Now, in order to confirm whether the method of the present invention improves the lipid component of the microalgae and also produces positive results in increasing the production amount of the microalgae , the Chlorella sp. , Nannochloris sp. And Botryococcus braunii under the same conditions and confirmed the results.

<< 글리세롤의 투입량과 미세조류의 생산량의 상관관계 >> << Correlation between the input of glycerol and the production of microalgae >>

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 바이오매스 증식장치(100)에 3개의 광생물반응기(120a)(120b)(120c)를 장착하고, 각각의 광생물반응기(120a)(120b)(120c)에 상기 Chlorella sp.와, Nannochloris sp.와, Botryococcus braunii 를 각각 투입하고 상기 바이오매스 증식장치(100)를 작동시키면서, 상기 광생물반응기(120a)(120b)(120c)의 내부의 시료를 매일 동일한 시간대에 채취하였다. As shown in FIG. 4, three photobioreactors 120a, 120b and 120c are mounted on the biomass propagation apparatus 100, and the photobioreactors 120a, 120b and 120c are connected to the photobioreactors 120a, The internal biomass reactors 120a, 120b and 120c are sampled at the same time every day, while the Chlorella sp., Nannochloris sp. And Botryococcus braunii are injected into the bioreactor 100, .

이러한 실험은 상기 Chlorella sp.에 대하여, 복합 영양소 글리세롤을 전혀 투입하지 않은 경우, 복합 영양소 글리세롤을 2 g/L 비율로 투입한 경우, 복합 영양소 글리세롤을 5 g/L 비율로 투입한 경우, 그리고 복합 영양소 글리세롤을 10 g/L 비율로 투입한 경우로 나누어 각각 살펴보았다. These experiments were performed on the Chlorella sp., When the compound nutrient glycerol was added at a rate of 2 g / L, when the compound nutrient glycerol was added at the rate of 5 g / L, And nutrient glycerol at a rate of 10 g / L.

실험 결과, 상기 Chlorella sp.와 상기 Nannochloris sp.의 경우에는 실험 5일째까지는 글리세롤의 농도가 바이오매스의 양에 미치는 영향이 크지 않았으나, 5일이 지난 후부터는 글리세롤의 농도에 따라 바이오매스의 성장이 뚜렷한 차이를 나타내었다. 한편, 상기 Botryococcus braunii 의 경우에는 실험 7일째까지는 글리세롤의 농도가 바이오매스의 양에 미치는 영향이 크지 않았으나, 10일 이후에는 큰 편차를 나타내고 있었다. As a result, in the case of Chlorella sp. And Nannochloris sp., The effect of glycerol concentration on the amount of biomass was not significant until the 5th day of experiment, but after 5 days, the growth of biomass was remarkable according to the concentration of glycerol Respectively. On the other hand, in the case of Botryococcus braunii , the concentration of glycerol did not significantly affect the amount of biomass until the 7th day of experiment, but it showed a large deviation after 10 days.

측정된 결과로서, As a result of the measurement,

상기 Chlorella sp.에 대해서는 표 5로, 상기 Nannochloris sp.에 대해서는 표 6으로, 그리고 상기 Botryococcus braunii 에 대해서는 표 7로 각각 제시하였다.
Table 5 for the Chlorella sp., Table 6 for the Nannochloris sp., And Table 7 for the Botryococcus braunii , respectively.

Growth of Chlorella sp. at different glycerol concentration.Growth of Chlorella sp. at different glycerol concentration. Glycerol
concentration [g/L]
Glycerol
concentration [g / L]
0     0 2     2 5      5 10      10
Initial
concentration [g/L]
Initial
concentration [g / L]
0.357   0.357 0.357   0.357 0.357   0.357 0.357   0.357
1 day    1 day 0.360.36 0.3610.361 0.420.42 0.380.38 2 day   2 day 0.370.37 0.390.39 0.490.49 0.410.41 3 day   3 day 0.440.44 0.430.43 0.530.53 0.460.46 4 day    4 day 0.470.47 0.450.45 0.580.58 0.480.48 5 day   5 day 0.500.50 0.500.50 0.610.61 0.510.51 6 day   6 day 0.520.52 0.620.62 0.780.78 0.620.62 7 day   7 day 0.550.55 0.710.71 0.840.84 0.750.75 8 day   8 day 0.580.58 0.820.82 0.970.97 0.840.84 9 day   9 day 0.610.61 0.930.93 1.141.14 1.001.00 10 day  10 day 0.640.64 1.021.02 1.321.32 1.241.24 11 day  11 day 0.750.75 1.241.24 1.451.45 1.321.32 12 day  12 day 0.820.82 1.311.31 1.511.51 1.451.45 13 day  13 day 0.910.91 1.421.42 1.571.57 1.531.53 14 day  14 day 1.101.10 1.451.45 1.671.67 1.551.55 15 day  15 day 1.201.20 1.491.49 1.751.75 1.601.60 16 day  16 day 1.241.24 1.511.51 1.821.82 1.631.63 17 day  17 day 1.311.31 1.531.53 1.851.85 1.651.65 18 day  18 day 1.331.33 1.551.55 1.881.88 1.671.67 19 day  19 day 1.351.35 1.571.57 1.901.90 1.701.70 20 day  20 day 1.371.37 1.611.61 1.911.91 1.721.72

Growth of Nannochloris sp. at various glycerol concentration.Growth of Nannochloris sp. at various glycerol concentrations. Glycerol
concentration [g/L]
Glycerol
concentration [g / L]
0     0 2     2 5     5 10     10
Initial
concentration [g/L]
Initial
concentration [g / L]
0.3670.367 0.3670.367 0.3670.367 0.3670.367
1 day   1 day 0.390.39 0.520.52 0.580.58 0.410.41 2 day   2 day 0.420.42 0.620.62 0.680.68 0.450.45 3 day   3 day 0.450.45 0.750.75 0.870.87 0.480.48 4 day    4 day 0.500.50 0.910.91 0.990.99 0.50.5 5 day   5 day 0.560.56 1.041.04 1.231.23 0.750.75 6 day   6 day 0.610.61 1.121.12 1.311.31 0.920.92 7 day   7 day 0.650.65 1.191.19 1.371.37 1.251.25 8 day   8 day 0.690.69 1.31.3 1.411.41 1.321.32 9 day   9 day 0.750.75 1.361.36 1.451.45 1.401.40 10 day  10 day 0.820.82 1.421.42 1.531.53 1.471.47 11 day  11 day 0.920.92 1.451.45 1.611.61 1.511.51 12 day  12 day 0.970.97 1.481.48 1.661.66 1.561.56 13 day  13 day 1.031.03 1.511.51 1.691.69 1.581.58 14 day  14 day 1.081.08 1.531.53 1.711.71 1.601.60 15 day  15 day 1.101.10 1.551.55 1.771.77 1.621.62 16 day  16 day 1.121.12 1.571.57 1.811.81 1.631.63 17 day  17 day 1.141.14 1.591.59 1.861.86 1.661.66 18 day  18 day 1.161.16 1.611.61 1.881.88 1.681.68 19 day  19 day 1.181.18 1.641.64 1.901.90 1.71.7 20 day  20 day 1.201.20 1.651.65 1.921.92 1.721.72

Growth of Botryococcus braunnii at different glycerol concentration.Growth of Botryococcus braunnii at different glycerol concentration. Glycerol
concentration [g/L]
Glycerol
concentration [g / L]
0     0 2     2 5     5 10    10
Initial
concentration [g/L]
Initial
concentration [g / L]
0.3420.342 0.3420.342 0.3420.342 0.3420.342
1 day   1 day 0.40.4 0.450.45 0.420.42 0.380.38 2 day   2 day 0.490.49 0.510.51 0.520.52 0.480.48 3 day   3 day 0.520.52 0.600.60 0.570.57 0.550.55 4 day    4 day 0.580.58 0.670.67 0.640.64 0.600.60 5 day   5 day 0.620.62 0.770.77 0.740.74 0.670.67 6 day   6 day 0.670.67 0.840.84 0.810.81 0.720.72 7 day   7 day 0.750.75 0.940.94 0.910.91 0.810.81 8 day   8 day 0.800.80 1.171.17 1.141.14 0.900.90 9 day   9 day 0.910.91 1.521.52 1.451.45 1.341.34 10 day  10 day 1.001.00 1.721.72 1.691.69 1.501.50 11 day  11 day 1.061.06 1.771.77 1.711.71 1.611.61 12 day  12 day 1.101.10 1.801.80 1.761.76 1.681.68 13 day  13 day 1.151.15 1.851.85 1.811.81 1.721.72 14 day  14 day 1.201.20 1.911.91 1.861.86 1.761.76 15 day  15 day 1.251.25 1.971.97 1.901.90 1.821.82 16 day  16 day 1.301.30 2.142.14 2.062.06 1.841.84 17 day  17 day 1.341.34 2.252.25 2.122.12 1.851.85 18 day  18 day 1.451.45 2.292.29 2.212.21 1.851.85 19 day  19 day 1.461.46 2.302.30 2.252.25 1.861.86 20 day  20 day 1.471.47 2.312.31 2.242.24 1.871.87

상기 각 데이터들을 해석하여 살펴본 바, 각각의 미세조류에 대하여 글리세롤을 투입하지 않은 경우에 비하여, 글리세롤을 투입한 경우에 더 많은 미세조류를 수확할 수 있음을 알 수 있었다.
As a result of analyzing the above data, it was found that more microalgae could be harvested when glycerol was added, compared to the case where glycerol was not added to each microalgae.

또한, 본 발명의 방법에 의할 경우, 본 발명은 미세조류에 있어서 지질성분의 함량을 대폭적으로 향상시켜주고 있으며, 그와 동시에, 상기 미세조류의 생산량에 대해서도 상당한 정도로 증가된 값을 가져다 주고 있는 것으로 해석되었다.
In addition, according to the method of the present invention, the present invention significantly improves the content of lipid components in microalgae and at the same time brings about a considerable increase in the production of microalgae .

이상에서 본 발명에 의한 글리세롤을 이용한 바이오 매스의 지질 함유량 향상방법 및 그 장치를 구체적으로 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 바람직한 실시양태를 기재한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정되어지고 한정되어진다. While the present invention has been particularly shown and described with respect to the preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited thereto, And the range is determined and limited by the claims.

또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 명세서의 기재내용에 의하여 다양한 변형 및 모방을 행할 수 있을 것이나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어난 것이 아님은 명백하다고 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

30 : 수위계, 40 : 순환펌프,
50 : 컴퓨터 55 : 측정 센서,
110 : 영양물질 공급조, 112 : 공기 공급조,
120 : 광생물반응기, 122 : 몸체부,
123 : 유입구, 124 : 배출구,
125 : 광원부, 126 : 도광판,
30: water gauge, 40: circulation pump,
50: computer 55: measuring sensor,
110: nutrient supply tank, 112: air supply tank,
120: photobioreactor, 122: body part,
123: inlet, 124: outlet,
125: light source part, 126: light guide plate,

Claims (6)

미세조류를 선정하고, 상기 선정된 미세조류를 영양배지에서 배양하여 수득하고;
상기 배양단계를 마친 미세조류를 생물반응 용기에 투입하고, 외부에서 상기 생물반응 용기에 공기를 공급하면서, 복합 영양물질로서 글리세롤을 2 g/L ~ 10 g/L 의 비율로 투입하고, 실온에서 12일 내지 20일 동안 혼련시키면서 상기 미세조류를 성장시키고;
상기 성장된 미세조류를 상기 생물반응 용기에서 외부로 배출하여 바이오 매스의 원료로 수확한 다음;
상기 생물반응 용기에서 수확한 미세조류의 바이오 매스 원료로부터 지질 성분을 추출하는 단계; 를
포함하고 있는 것을 특징으로 한, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법.
Selecting a microalgae and culturing the selected microalgae in a nutrient medium;
The microalgae after completion of the culturing step are put into a biological reaction vessel and glycerol is added as a complex nutrient at a rate of 2 g / L to 10 g / L while supplying air to the biological reaction vessel from the outside, Growing the microalgae while kneading for 12 to 20 days;
Discharging the grown microalgae from the biological reaction vessel to harvest the biomass as a raw material;
Extracting a lipid component from the biomass raw material of the microalgae harvested in the biological reaction vessel; To
Wherein the lipid content of the biomass is increased by using glycerol.
제 1 항에 있어서,
상기 미세조류의 성장 및 수확은 바이오매스 증식장치(100)를 이용하여 수행되어지고,
상기 바이오매스 증식장치(100)는 상기 미세조류에 대하여 독립영양에 의한 성장 및 종속영양에 의한 성장을 동시에 수행할 수 있도록 보조해주는 영양물질 공급조(110)와, 상기 미세조류가 상기 영양물질을 흡수하여 성장한 후 지질 함유량을 더욱 향상시킬 수 있도록 해주는 광생물반응기(120)를 포함하고 있으며,
상기 바이오매스 증식장치(100)는 상기 광생물반응기(120)를 하나 또는 2개 이상 복수 개를 설치할 수 있고, 상기 광생물반응기(120)를 하나의 바이오매스 증식장치에 복수 개를 설치할 경우에는 병렬 방식으로 설치하는 것을 특징으로 한, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법.
The method according to claim 1,
The growth and harvesting of the microalgae is performed using the biomass propagation apparatus 100,
The biomass propagation apparatus (100) comprises a nutrient supply tank (110) for supporting the microalgae to simultaneously perform independent nutrient growth and heterotrophic growth, And a photobioreactor (120) that allows the lipid content to be further improved after absorption and growth,
In the biomass propagation apparatus 100, one or two or more photobioreactors 120 may be installed. When a plurality of the photobioreactors 120 are installed in one biomass propagation apparatus, A method for improving the lipid content of biomass using glycerol.
제 2 항에 있어서,
상기 광생물반응기(120)는 미세조류가 성장하도록 소정의 용기로 만들어진 몸체부(122)와,
영양물질 공급조(110)와 공기 공급조(112)에서 공급되는 영양물질과 공기를 공급하는 유입구(123)와,
생물학적 처리를 마친 미세조류를 외부로 배출하거나 내부의 슬러리를 외부로 배출하는 배출구(124)와,
외부의 전원에 의해 빛을 발생시키고 상기 몸체부(122)의 상부에 위치한 광원부(125)와,
상기 광원부(125)에 의해 발생된 빛을 상기 몸체부(122)의 내부에 균일하게 발산시키는 도광판(126)을 포함하고 있는 것을 특징으로 한, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법.
3. The method of claim 2,
The photobioreactor 120 includes a body 122 made of a predetermined container for growing microalgae,
An inlet 123 for supplying nutrients and air supplied from the nutrient supply tank 110 and the air supply tank 112,
An outlet 124 for discharging the biologically processed microalgae to the outside or discharging the inside slurry to the outside,
A light source unit 125 generating light by an external power source and positioned above the body unit 122,
And a light guide plate (126) for uniformly emitting light generated by the light source unit (125) to the inside of the body part (122). The method for improving the lipid content of biomass using glycerol.
제 1 항 내지 제 3 항 중, 어느 한 항에 있어서,
상기 미세조류는 클로렐라 (Chlorella sp.)와 나노클로리스 (Nannochloris sp.)와 보트리오코코스 브라우니 (Botryococcus braunii) 로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상인 것을 특징으로 한, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 향상 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the microalgae is any one or two or more selected from the group consisting of Chlorella sp., Nannochloris sp., And Botryococcus braunii . The lipid content of biomass using glycerol .
미세조류의 성장 및 수확을 위한 장치에 있어서,
미세조류의 영양물질을 보관하고 공급하는 영양물질 공급조(110)와;
미세조류에 공기 중의 이산화탄소(CO2)를 공급하는 공기 공급조(112)와;
상기 영양물질 공급조(110)에서 공급되는 영양물질을 이용함과 동시에 자체적인 광합성 시스템을 이용하여 광합성 작용을 유도하는 복수의 광생물반응기(120); 를 포함하고 있고,
상기 광생물반응기(120)는 미세조류가 성장하도록 소정의 용기로 만들어진 몸체부(122)와,
상기 영양물질 공급조(110)에서 공급되는 영양물질을 상기 몸체부(122)로 들여보내는 유입구(123)와,
생물학적 처리를 마친 미세조류를 외부로 배출하거나 내부의 슬러리를 외부로 배출하는 배출구(124)와,
외부의 전원에 의해 빛을 발생시키고 상기 몸체부(122)의 상부에 위치한 광원부(125)와,
상기 광원부(125)에 의해 발생된 빛을 상기 몸체부(122)의 내부에 균일하게 발산시키는 도광판(126)과,
상기 몸체부(122)의 내부에 존재하는 영양물질과 미세조류를 계속적으로 혼련시키고 순환시켜주는 순환펌프(40)를 포함하고 있는 것을 특징으로 한, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 증대 장치.
In an apparatus for growing and harvesting microalgae,
A nutrient supply tank 110 for storing and supplying nutrients of microalgae;
An air supply tank 112 for supplying carbon dioxide (CO 2 ) in the air to the microalgae;
A plurality of photobioreactors 120 that utilize nutrients supplied from the nutrient supply vessel 110 and induce photosynthesis by using a self photosynthesis system; And,
The photobioreactor 120 includes a body 122 made of a predetermined container for growing microalgae,
An inlet 123 through which the nutrient supplied from the nutrient supply vessel 110 is introduced into the body 122,
An outlet 124 for discharging the biologically processed microalgae to the outside or discharging the inside slurry to the outside,
A light source unit 125 generating light by an external power source and positioned above the body unit 122,
A light guide plate 126 uniformly emitting the light generated by the light source 125 to the inside of the body 122,
And a circulation pump (40) for continuously kneading and circulating nutrients and microalgae present in the body part (122), thereby increasing the lipid content of the biomass using glycerol.
제 5 항에 있어서,
상기 광생물반응기(120)는 2개 이상 복수 개를 설치하고 있고,
상기 복수 개의 광생물반응기(120)를 병렬 방식으로 설치하는 것을 특징으로 한, 글리세롤을 이용한 바이오매스의 지질 함유량의 증대 장치.
6. The method of claim 5,
The photobioreactor 120 is provided with two or more,
Wherein the plurality of photobioreactors (120) are installed in a parallel manner. The apparatus for increasing the lipid content of biomass using glycerol.
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